DE3509856A1 - Hydraulikanlage fuer fahrzeuge - Google Patents

Description

• Hydraulikanlage für Fahrzeuge
• Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanlage für Fahrzeuge, insbesondere für die Arbeitshydraulik in Gabelstaplern, Ladern u.dgl., mit einer sauggeregelten Förderpumpe, mit über Steuerventile zuschaltbare Verbraucher und mit einem Druckbegrenzungsventil.
• Es sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt, den Förderstrom einer Pumpe und/oder den Systemdruck zu ändern, um die Hydraulikanlage besser an die jeweiligen Anforderungen anzupassen. So ist z.B. beim Laden von Gabelstaplern, Ladern u.dgl. ein hoher Systemdruck zur Erzeugung einer großen Reißkraft erwünscht, während nur eine geringe Geschwindigkeit des Volumenstromes erforderlich ist. Andererseits ist zum Bewegen der Schaufel und beim Fahren ein hoher Volumenstrom erwünscht, während gleichzeitig nur ein geringerer Druck erforderlich ist. Die Leistungsaufnahme einer Pumpe bestimmt sich bekanntlich aus dem Produkt aus dem Förderstrom multipliziert mit dem Druck. Änderungen des Druckes oder des Volumenstromes wirken sich dementsprechend jeweils gegenseitig aus.
• Es sind bereits sauggeregelte Förderpumpen für Hydraulikanlagen vorgeschlagen worden, bei denen diese im Ruhezustand nur einen niederen Druck anbieten, der klein ist im Verhältnis zum Maximaldruck. Durch diese Maßnahme soll eine Energieeinsparung erreicht werden. Nachteilig dabei ist jedoch, daß der Systemdruck durch ein Druckbegrenzungsventil begrenzt wird und keine Einstellung des Ansaugstromes zur Förderpumpe möglich ist.
• Bekannt sind auch Hydraulikanlagen mit Druckreglern, die eine Konstanthaltung des Druckes in dem Hydrauliksystem innerhalb des Regelbereiches der Pumpe bieten. Damit fördert die Pumpe nur soviel Hydraulikflüssigkeit, wie von den Verbrauchern abgenommen wird.
• Ebenso ist auch eine kombinierte Druck-Förderstrom-Regelung durch entsprechende Regelventile bekannt. Zuzüglich zur Funktion des Druckreglers läßt sich damit ein konstanter Förderstrom bei variabler Antriebsdrehzahl erreichen. Dabei erfolgt die Anpassung über den Differenzdruck einer in die Arbeitsleitung eingebauten variablen oder konstanten Blende.
• Nachteilig bei diesen bekannten Hydraulikanlagen ist jedoch, daß sie relativ aufwendig und teuer sind. So sind z.B. bei der Druck-Förderstrom-Regelung zwei Regelventile erforderlich und eine Regelung läßt sich überhaupt nur dann erreichen, wenn eine aufwendigerere Förderpumpe mit einer Verstelleinrichtung vorhanden ist, durch die der Förderstrom geregelt werden kann.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikanlage der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln bei einer sauggeregelten Förderpumpe der Förderstrom derart eingestellt werden kann, daß die Förderung sich entsprechend den gewünschten Anforderungen ergibt, wobei gleichzeitig auch bei einem nicht benöticlten Förderntrom dieser bis auf einen Ilinimalwert (Pilotstrom) zurückgeht und auch eine stufenlose Regelung ermöqlicht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.
• Erfindungsgemäß erfolgt die Regelung dPr Förderpumpe nunmehr in Abhängigkeit von dem Differenzdruck, der an der Meßdrossel erzeugt wird. Bei einem qerinsenDifferenzdruck wird nur ein geringer Volumenstrom erzeugt, während umgekehrt bei einem qrnßen Differenzdruck ein hoher Volumenstrom vorliegt. Diese Regelung erfolgt dabei über das vor der Förderpumpe liegende Regelventil. Aus diesem Grunde kann als Förderpumpe eine einfache Förderpumpe ohne die Notwendigkeit einer eigenen Verstelleinrichtung zur Regelung des Förderstromes verwendet werden.
• Da die Regelung der Förderpumpe nicht auf den Systemdruck selbst, sondern auf die Druckdifferenz reagiert, wird ein weiterer sehr großer Vorteil erreicht. Die Leistungsaufnahme der Pumpe ist damit nicht mehr abhängig von deren rnaxirnalenlriö(Jlichen Leistunqsau fnahme,sondern deren L e ist u n g saufnahme richtet sich automatisch nach den jeweiligen Verhältnissen. Dies bedeutet, daß damit eine erhebliche Energieeinsparung erreicht wird und die Anlage selbst auch einfacher ausgelegt werden kann. Insbesondere kann bei Leerlaufbetrieb die LeistungsauFnahme der Pumpe auf einen Minimalwert zurückgenommen werden, wenn sowohl der Förderstrom als auch der Druck niedrig qehalten werden.
• Die erfindungsgemäße Lösung wird dabei mit einfachen Mitteln erreicht. Es ist neben der bekannten Mer3drossel lediglich ein Regelventil erforderlich. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die wirksamen Kolbenflächen in dem Regelventil gleich groß sind. Es wurde nämlich festgestellt, daß nur in diesem Falle die Regelung des Förderstromes nur von der Druckdifferenz durch die Meßdrossel abhängig ist und zwar unabhängig davon, ob der Systemdruck z.B. 20 oder 200 bar beträgt.
• Als Pumpen sind alle Pumpen verwendbar, die geometrisch konstantes Verdränger-Volumen haben, dies sind z.B. Radialkolbenpumpen, Flügelzellenpumpen, Taumelscheibenpumpen und gg f. auch Zahnradpumpen, soweit es zu keinen Problemen bezüglich Kavitation kommen kann.
• In der Praxis wird stets ein Mindeststrom als sogenannter Pilotstrom erforderlich sein, da hinter der erfindungsgemäusen Meßbl ende stets ein Druck vorhanden sein sollte, damit das Regelventil ansprechen kann.
• In Weiterbildung der Erfindung kann hierzu hinter der Pumpe und vor der Meßdrossel ein an sich bekanntes Druckbegrenzungsventil angeordnet sein, über das bei Minimalförderung der Pilotstrom abfließt.
• Statt über dieses Druckbegrenzungsventil kann der Pilotstrom ggf. auch über einen der Verbraucher abgeleitet werden. Wenn z.B. einer der Verbraucher eine hydrostatische Servolenkung mit offener Mitte ist, welche selbst stets eine minimale Fördermenge benötigt, kann der Pilotstrom damit über diesen Verbraucher geleitet werden. In diesem Falle wird das Druckbegrenzungsventil der Lenkungssteuerung auf einen niedrigeren Druck eingestellt.
• Die Regelung des Förderstromes kann dabei in dem Regelventil stufenlos erfolgen. Hierzu ist lediglich eine entsprechende Ausgestaltung des Regelventiles, welche an sich bekannt ist, erforderlich.
• Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem weitere erfindungsgemäße Merkmale hervorgehen, anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
• Es zeigt: Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Hydraulikanlage, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Taumelscheibenpumpe mit in einem angeflanschten gehäuse integrierten er findungsgemäßen Regelventil und einer Meßdrossel, Fig. 3 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Regelventil.
• Die erfindungsgemäße Förderstromregelung in Abhängigkeit von der Druckdifferenz wird nachfolgend anhand der Fig. 1 erläutert.
• Eine Pumpe 1 saugt aus einem Behälter 2 über einen Sauganschluß S, ein Regelventil 3 und den Kanal S' die Hydraulikflüssigkeit an. Über eine Meßdrossel 4, welche fest eingestellt oder ggf. auch einstellbar ist, wird die Hydraulikflüssigkeit zum Verbraucher geleitet. Verbraucher 5, z.B. eine Lenkung, und Verbraucher 6, z.B. eine Arbeitshydraulik, werden über dazugehörige Ventile 5a und 6a geschaltet. Ein Prioritätsventil 7 versorgt die Lenkung vorrangig mit Öl.
• Die von der Förderpumpe 1 geförderte Hydraulikflüssigkeit erzeugt beim Durchlauf durch die Meßdrossel 4 eine Druckdifferenz am Drosseleingang 8 und am Drosselausgang 9.
• In der in der Fig. 1 dargestellten Schaltstellung ist kein Verbraucher eingeschaltet. Aus diesem Grunde fließt über die Meßdrossel nur Leckstrom der Ventile bzw. ein geringer Pilotstrom. Aus diesem Grunde befindet sich das Regelventil 3 in der dargestellten Lage, in der nur ein Mindeststrom angesaugt werden kann, welcher u.a. auch zur Deckung der Leckagen im System und des Schmierölbedarfes erforderlich ist.
• Wird nun einer der Verbraucher 5 oder 6 oder beide eingeschaltet, und zwar durch eine entsprechende Betätigung der Ventile 5a und/oder 6a, so wird an der Meßdrossel 4 ein Druckqefälle angezeigt mit Druckdifferenz zwischen dem Drosseleingang 8 und dem Drosselausgan 9. Diese Druckdifferenz schaltet das Regelventil auf Durchlauf in Abhängigkeit von den Druckkräften an x1 und an x2, sowie der Schließkraft einer Feder 10. Die Pumpe 1 kann nun in entsprechendem Maße Hydraulikflüssigkeit ansaugen und den Verbrauchern 5 und/oder 6 die gewünchte Menge zur Verfügung stellen.
• Der Systemdruck wird über ein Druckbegrenzungsventil 11 begrenzt bzw. über die Last am Verbraucher eingestellt.
• Dabei bestimmt der Verbraucher mit dem höchsten Arbeitsdruck das Druckniveau der Pumpe.
• Diese Schaltung trägt erheblich zur Verringerung des Energieverbrauchs bei gegenüber der bekannten Verwendung von Konstantpumpen oder sauggeregelten Pumpen, die bei den bekannten Systemen drehzahlabhängig, Leistung aufnehmen.
• Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wird weiterhin auch die Leistungsaufnahme bei abgeschalteten Verbrauchern auf die reine Leerlaufleistung der Pumpe reduziert.
• In der Fig. 2 ist in Prinzipdarstellung die Pumpe 1 als Taumelscheibenpumpe dargestellt, an die in einem Gehäuse 12 das Regelventil 3 und die Meßdrossel 4 integriert sind. In dieser Figur sind auch zur besseren Übersicht die Punkte S, S', P, x1 und x2 angegeben. Aufbau und Wirkungsweise einer Taumelscheibenpumpe sind allgemein bekannt, weshalb nachfolgend hier nicht näher darauf eingegangen wird. Wie ersichtlich, erhalten über den Umfang verteilte Förderkolben 15 der Pumpe 1 über "S"' und eine Bohrung 13 die Hydraulikflüssigkeit. Eine Taumelscheibe 14 sorgt in üblicher Weise für den Hub der Förderkolben 15.
• Über einen Ringraum 16 sind die Förderkolben 15 nach zugehörigen Rückschlagventilen 20 auf ihrer Druckseite miteinander verbunden. In dem Ringraum 16 bzw. vor der Meßdrossel 4 befindet sich dann die Meßstelle 8, während sich die MeD-stelle 9 hinter der Meßdrossel befindet.
• In der Fig. 3 ist das Regelventil 3 dargestellt, mit dem eine stufenlose Regelung des Förderstromes möglich ist.
• Auch in dieser Fig. sind wiederum zur besseren Erläuterung die Punkte S, S', x1 und x2 angegeben.
• Das Regelventil weist zwei Kolben 17 und 18 auf, wobei deren wirksame Kolbenflächen bei x1 und x2 gleich groß sein müssen. Bei entsprechender Gehäuseausführung können die Kolben auch in einem Stück ausgeführt sein. Der Kolben 18 ist mit mindestens einer Bohrung 19 an seinem Umfang versehen, welche mit dem Pumpeneingang S' stufenlos zur Deckung gebracht werden kann. Je nach den vorhandenen Druckdifferenzen wird eine Überdeckung bzw. Absperrung durch die Stellung des Kolbens 17 bzw. 18 erreicht. Zum Absperren des S-Pumpeneinganges S' wird der Kolben 17 entsprechend in der Fig. 3 nach rechts verschoben, wodurch der Kolben 18 ebenfalls so weit nach rechts verschoben wird, daß die gezeichnete Absperrstellung erreicht wird. Umgekehrt wird bei einem höheren Druck bei X2 auf den Kolben 18 unter Berücksichtigung der Schließkraft der Feder 10 eine Öffnungsbewegung eingeleitet.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Hydraulikanlage für Fahrzeuge, insbesondere für die Arbeitshydraulik in Gabelstaplern, Ladern u.dgl., mit einer sauggeregelten Förderpumpe, mit über Steuerventile zuschaltbare Verbraucher und mit einem Druckbegrenzungsventil, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in Förderrichtung vor der Förderpumpe (1) ein Regelventil (3) und nach der Pumpe (1) und vor den Steuerventilen (5a,6a) eine Meßdrossel (4) angeordnet ist, wobei in dem Regelventil (3) die für die von der Meßdrossel(4) erzeugte Druckdifferenz wirksamen Kolbenflächen gleich groß sind und wobei das Regelventil (3) in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zusammen mit einer Schließfeder (10) auf DurchlauF oder in Richtung Schließung schaltbar ist.
2. 2. Hydraulikanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einstellung des DurchlauFes von einer Minimal- bis zu einer Maximalförderung stufenlos ist.
3. 3. Hydraulikanlage nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß hinter der Pumpe (1) und vor der Meßdrossel (4) das Druckbegrenzungsventil (11) angeordnet ist, über das bei Minimalförderung der Pilotstrom abfließt.
4. 4. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Regelventil (3) und die Meßdrossel (4) als eine Baueinheit (12) an die Förderpumpe (1) angeflanscht bzw. in diese integriert sind.
5. 5. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Förderpumpe eine Taumelscheibenpumpe (1) ist.
6. 6. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Förderpumpe eine Radialkolbenpumpe ist.
7. 7. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Förderpumpe eine Verdrängerpumpe ist.